Об участии Российской Федерации в проекте по строительству и эксплуатации установки Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах

4. Схема и целевые характеристики

Главными компонентами Европейского РЛСЭ являются (рисунок 4.1):

инжектор;

линейный ускоритель;

система распределения луча;

ондуляторы;

линии фотонных линий;

приборы в зале для экспериментов.

Рис. 4.1. Схема  расположения  основных  компонентов  Европейского РЛСЭ:  1 - зал экспериментов; 2 - возможное будущее расширение; 3 - ондулятор и линии фотонных лучей;  4 - система распределения лучей; 5 - туннель линейного ускорителя; 6 - инжектор.

Указанные компоненты расположены по линейной схеме (длина 3,4 км) от кампуса DESY в северо-восточной части г.Гамбурга и до зала экспериментов, расположенного вблизи федеральной земли Шлезвиг-Гольштейн к югу от г.Шерефельд.

Основные функции главных компонентов схематически описаны ниже. В инжекторе электронные пучки выбиваются из твердого катода лазерным лучом, ускоряются электронной ВЧ-пушкой и направляются к линейному ускорителю с энергией на выходе в 120 МэВ. В линейном ускорителе, состоящем из последовательно расположенных сверхпроводниковых ускоряющих модулей длиной 1,6 км, магнитов для управления и фокусирования лучей и диагностического оборудования, электроны ускоряются до энергии 20 ГэВ (17,5 ГэВ - энергия, предусмотренная для стандартного режима эксплуатации Европейского РЛСЭ). Вдоль ускорителя расположены две стадии сжатия пучка, необходимые для получения коротких и очень плотных пучков электронов, необходимых для запуска процесса SASE. В конце линейного ускорителя отдельные электронные пучки отводятся по одной или второй из двух линий для электронных лучей с помощью системы распределения лучей (рисунок 4.2). Электронные пучки, направляемые по линии 1, проходят через ондуляторы SASE1 и SASE3, обеспечивая получение относительно жестких рентгеновских фотонов с длиной волны 0,1 нм (SASE1) и мягких рентгеновских фотонов с длиной волны 0,4 - 1,6 нм (SASE3) с помощью процесса работы лазера на свободных электронах SASE. После прохода через SASE3 электроны отклоняются к месту "гашения" луча. Электронные пучки, направленные по линии 2, проходят ондулятор SASE2, где с помощью процесса SASE получаются жесткие рентгеновские фотоны с длиной волны 0,1 - 0,4 нм, а затем через ондуляторы U1 и U2, завершая свой путь у второго места "гашения". В ондуляторах U1 и U2 очень жесткие рентгеновские фотоны (с длиной волны 0,014 и 0,06 нм, соответственно) генерируются за счет процесса спонтанной эмиссии. Фотоны, генерированные пятью ондуляторами, пропускаются по соответствующей линии фотонного луча в зал экспериментов, где подаются на десять экспериментальных станций. Снижение энергии электронов в конце ускорителя привело бы к генерированию излучений с более высокими длинами волн в случае, если бы они были необходимы для некоторых экспериментов (например, энергия электронов 10 ГэВ соответствовала бы рентгеновским лучам с длиной волны 4,9 нм из ондулятора SASE3).

Рис. 4.2. Схематическое изображение  ответвления линий электронных (черных)   и  фотонных  (красных)  лучей  через  различные  SASE  и ондуляторы   спонтанного   излучения.   Линии   электронных   лучей заканчиваются  в  двух  местах "гашения",  линии фотонных лучей - в зале экспериментов:  1 - электроны; 2 - перестраиваемый, планарный; 3 - перестраиваемый, спиральный; 4 - эксперименты.        

Монтажные и пусконаладочные работы на ускорителе, ондуляторах, линиях лучей и экспериментальных станциях будут проводиться постепенно в соответствии со стратегией достижения промежуточных и конечных целей, поставленных для Европейского РЛСЭ. Эта стратегия была определена по рекомендациям рабочей группы научно-технических проблем (STI).

Первую линию электронного луча и ондулятор SASE1 собираются установить первыми. Пуск в работу ускорителя и ондулятора SASE1, линии луча и первой станции будет проводиться параллельно с монтажом другой электронной ветви до тех пор, пока не будет достигнут первый комплекс промежуточных значений (таблица 4.1).

По рекомендациям рабочей группы STI для пуска в эксплуатацию комплекса ускорителя и излучателей и линий луча SASE были приняты следующие критерии:

комплекс ускорителя и SASE1 начнет работать, когда на SASE1 будет получен фотонный луч с промежуточными значениями, указанными в таблице 4.1, и будет установлено и пущено в работу оборудование, достаточное для проведения первых научных экспериментов;

SASE2 начнет работать, когда будут обеспечены те же критерии, что и указанные выше, для длин волн в диапазоне от 0,2 до 0,4 нм;

SASE3 начнет работать, когда будут обеспечены те же критерии, что и указанные для длин волн в диапазоне от 2 до 6 нм.

В соответствии с положительным опытом, полученным для оборудования FLASH, работы по достижению конечных целей проекта на всех линиях лучей будут производиться параллельно с работой ранних пользователей (как только будут обеспечены указанные критерии).

Таблица 4.1. Промежуточные и конечные проектные значения для ускорителя и ондулятора SASE1 и соответствующей линии фотонного луча